(57)【要約】【課題】  電源の立ち上がり時間を短くでき、オーバーシュートノイズを防止できる電源回路及びその電源回路の出力電圧立ち上げ方法を得る。【解決手段】  電源投入直後は、スイッチングレギュレータ２の電圧出力を禁止してシリーズレギュレータ３のみを作動させ、シリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが前記所定の電圧に到達するまでの時間Ｔ１以上経過した後、又はシリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが前記所定の電圧に到達した後、スイッチングレギュレータ２の電圧出力を開始させ、スイッチングレギュレータ２が電圧出力を開始してから、スイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔが前記所定の電圧に到達するまでの時間Ｔ２以上経過した後、シリーズレギュレータ３の出力電圧設定値を前記所定の電圧よりも低くなるように変更するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧Ｖｉｎを所定の電圧に変換して出力電圧Ｖｏｕｔを生成し出力端子ＯＵＴから出力する電源回路において、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された前記所定の電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するスイッチングレギュレータ部と、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するシリーズレギュレータ部と、
前記スイッチングレギュレータ部の動作制御を行うと共に前記シリーズレギュレータ部の設定電圧の制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、電源投入直後に前記スイッチングレギュレータの電圧出力を停止させると共にシリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力するように作動させ、該シリーズレギュレータ部から出力された電圧が前記所定の電圧になると、前記スイッチングレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させると共に前記シリーズレギュレータ部からの電圧出力を停止させることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記制御回路部は、電源投入直後に、スイッチングレギュレータ部に対して前記出力端子ＯＵＴへの電圧出力を停止させると共に、シリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させるようにシリーズレギュレータ部に対して設定電圧を設定して作動させ、電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させ、該スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記制御回路部は、電源投入から所定時間Ｔ１が経過すると、前記スイッチングレギュレータ部を作動させることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項４】
前記所定時間Ｔ１は、電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上であることを特徴とする請求項３記載の電源回路。
【請求項５】
前記制御回路部は、シリーズレギュレータ部の出力電圧をモニタし、該出力電圧が前記所定の電圧以上になると、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項６】
前記制御回路部は、スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させてから所定時間Ｔ２が経過すると、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えることを特徴とする請求項３、４又は５記載の電源回路。
【請求項７】
前記所定時間Ｔ２は、スイッチングレギュレータ部が電圧出力を開始してから該スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上であることを特徴とする請求項６記載の電源回路。
【請求項８】
前記制御回路部は、出力端子ＯＵＴに接続された負荷の動作制御を行い、電源投入から、前記シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるまでの間、該負荷に対して、通常動作よりも消費電流が小さくなる軽負荷状態になるように制御することを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項９】
前記制御回路部は、シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えると、前記負荷に対して、通常の消費電流で動作する通常状態になるように制御することを特徴とする請求項８記載の電源回路。
【請求項１０】
前記シリーズレギュレータ部は、
入力された制御信号に応じた電流を前記入力端子ＩＮから出力端子ＯＵＴに出力する電圧制御トランジスタと、
設定された電圧の基準電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力する第１の基準電圧発生回路部と、
前記出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、該検出した出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧Ｖｄ２を生成して出力する第１の出力電圧検出回路部と、
前記比例電圧Ｖｄ２が前記基準電圧ＤＡｏｕｔになるように前記電圧制御トランジスタの動作制御を行う電圧制御トランジスタ制御回路部と、
を備え、
前記第１の基準電圧発生回路部は、制御回路部からの制御信号Ｓｃ２に応じた電圧の基準電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力することを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項１１】
前記第１の基準電圧発生回路部は、入力されたデジタルデータに応じた電圧の基準電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力するＤ／Ａコンバータを備え、前記制御回路部は、該Ｄ／Ａコンバータに出力する制御信号Ｓｃ２が示すデジタルデータを変えて、Ｄ／Ａコンバータから出力される基準電圧ＤＡｏｕｔの電圧値を制御することを特徴とする請求項１０記載の電源回路。
【請求項１２】
前記シリーズレギュレータ部は、
入力された制御信号に応じた電流を前記入力端子ＩＮから出力端子ＯＵＴに出力する電圧制御トランジスタと、
所定の基準電圧Ｖｒ２を生成して出力する第１の基準電圧発生回路部と、
前記出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、該検出した出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧Ｖｄ２を生成して出力する第１の出力電圧検出回路部と、
前記比例電圧Ｖｄ２が前記基準電圧Ｖｒ２になるように前記電圧制御トランジスタの動作制御を行う電圧制御トランジスタ制御回路部と、
を備え、
前記第１の出力電圧検出回路部は、制御回路部からの制御信号に応じた分圧比で出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して前記比例電圧Ｖｄ２を生成することを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【請求項１３】
前記スイッチングレギュレータ部は、
入力された制御信号に応じてスイッチングを行い、前記入力電圧Ｖｉｎの出力制御を行うスイッチングトランジスタ回路部と、
所定の基準電圧Ｖｒ１を生成して出力する第２の基準電圧発生回路部と、
前記出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、該検出した出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧Ｖｄ１を生成して出力する第２の出力電圧検出回路部と、
前記比例電圧Ｖｄ１が前記基準電圧Ｖｒ１になるように前記スイッチングトランジスタ回路部のスイッチング制御を行うスイッチング制御回路部と、
前記スイッチングトランジスタ回路部の出力信号を平滑して前記出力端子ＯＵＴに出力する平滑回路部と、
を備え、
前記シリーズレギュレータ部、制御回路部、並びにスイッチングレギュレータ部におけるスイッチングトランジスタ回路部、第２の出力電圧検出回路部及びスイッチング制御回路部は１つのＩＣに集積されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２記載の電源回路。
【請求項１４】
入力電圧Ｖｉｎを所定の電圧に変換して出力電圧Ｖｏｕｔを生成し出力端子ＯＵＴから出力する電源回路であって、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された前記所定の電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するスイッチングレギュレータ部と、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するシリーズレギュレータ部と、
を備える電源回路の出力電圧立ち上げ方法において、
電源投入直後に前記スイッチングレギュレータの電圧出力を停止させると共にシリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力するように作動させ、
該シリーズレギュレータ部から出力された電圧が前記所定の電圧になると、前記スイッチングレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させると共に前記シリーズレギュレータ部からの電圧出力を停止させることを特徴とする電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項１５】
電源投入直後に、前記スイッチングレギュレータ部に対して前記出力端子ＯＵＴへの電圧出力を停止させ、
同時に、前記シリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させるようにシリーズレギュレータ部に対して設定電圧を設定して作動させ、
電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させ、
前記スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えることを特徴とする請求項１４記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項１６】
電源投入から所定時間Ｔ１が経過すると、前記スイッチングレギュレータ部を作動させることを特徴とする請求項１５記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項１７】
前記所定時間Ｔ１は、電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上であることを特徴とする請求項１６記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項１８】
シリーズレギュレータ部の出力電圧をモニタし、該出力電圧が前記所定の電圧以上になると、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させることを特徴とする請求項１５記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項１９】
スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させてから所定時間Ｔ２が経過すると、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えることを特徴とする請求項１６、１７又は１８記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項２０】
前記所定時間Ｔ２は、スイッチングレギュレータ部が電圧出力を開始してから該スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上であることを特徴とする請求項１９記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項２１】
出力端子ＯＵＴに接続された負荷の動作制御を行い、電源投入から、前記シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるまでの間、該負荷に対して、通常動作よりも消費電流が小さくなる軽負荷状態になるように制御することを特徴とする請求項１５記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【請求項２２】
シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えると、前記負荷に対して、通常の消費電流で動作する通常状態になるように制御することを特徴とする請求項２１記載の電源回路の出力電圧立ち上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に関し、特に、電源投入時の立ち上がり時間を短縮することができ、更にオーバーシュートノイズを防止することができる電源回路及びその電源回路の出力電圧立ち上げ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在一般に使用されている直流電源として、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータがある。スイッチングレギュレータは、高効率が得られることから多くの機器に使用されている。しかし、スイッチングレギュレータは、出力電圧のリプルや作動時のノイズが大きく、内部で消費する電力が比較的大きいため、消費電流が小さい軽負荷への電源供給時には効率が著しく低下する。更に、スイッチングレギュレータは、出力電圧の立ち上がりや入力電圧変動及び負荷変動における応答時間がやや遅く、電源投入時に出力電圧に大きなオ−バーシュートノイズが発生するため、負荷に大きなダメージを与える場合があるという欠点があった。
【０００３】
このため従来は、ソフトスタート回路を設け、電源投入時の出力電圧の立ち上がりを遅くしてオーバーシュートノイズの発生を防止していた（例えば、特許文献１及び２参照。）。
図５は、このようなソフトスタート回路を備えたスイッチングレギュレータの従来例を示した回路図である。なお、図５では、入力電圧を降圧するタイプのスイッチングレギュレータを例にして示しているが、入力電圧を昇圧するタイプのスイッチングレギュレータでもよい。
【０００４】
図５のスイッチングレギュレータ１００は、入力電圧Ｖｉｎの出力制御を行うスイッチングトランジスタＭａと、エネルギー変換用のインダクタＬａ及びコンデンサＣａと、同期整流用トランジスタＭｂと、該同期整流用トランジスタＭｂと前記スイッチングトランジスタＭａのスイッチング制御を行うＰＷＭ制御回路１０１と、出力電圧検出用抵抗Ｒａ及びＲｂとを備えている。更に、スイッチングレギュレータ１００は、基準電圧Ｖｒｅｆを生成して出力する基準電圧発生回路１０２と、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧検出用抵抗Ｒａ及びＲｂで分圧された電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較するコンパレータＣＭＰａと、電源投入時に基準電圧Ｖｒｅｆを徐々に上昇させてコンパレータＣＭＰａに印加するための時定数回路を構成する抵抗Ｒｃ及びコンデンサＣｂと、スイッチＳＷ１とで構成されている。
【０００５】
ここで、ソフトスタート回路についてのみ説明する。
スイッチＳＷ１は、電源投入と同時にオンし、コンデンサＣｂが抵抗Ｒｃを介して基準電圧Ｖｒｅｆで充電される。このため、コンパレータＣＭＰａの非反転入力端の電圧Ｖａは、図６で示すように徐々に上昇する。スイッチングレギュレータ１００の出力電圧Ｖｏｕｔは基準電圧Ｖｒｅｆに比例するため、出力電圧Ｖｏｕｔも図６で示すように徐々に上昇する。これらのことから、オーバーシュートによるノイズを防止することができる。
【特許文献１】特開２０００−１０２２４３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２８４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、基準電圧Ｖｒｅｆを徐々に上昇させる等して、出力電圧Ｖｏｕｔを徐々に所定の電圧まで上昇させる方式は、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧に到達するまでに時間がかかり、電源投入から機器が動作を始めるまでに長時間を要してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電源の立ち上がり時間を短くでき、更にオーバーシュートノイズを防止することができる電源回路及びその電源回路の出力電圧立ち上げ方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電源回路は、入力電圧Ｖｉｎを、所定の電圧に変換して出力電圧Ｖｏｕｔを生成し出力端子ＯＵＴから出力する電源回路において、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された前記所定の電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するスイッチングレギュレータ部と、
前記入力電圧Ｖｉｎを設定された電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するシリーズレギュレータ部と、
前記スイッチングレギュレータ部の動作制御を行うと共に前記シリーズレギュレータ部の設定電圧の制御を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、電源投入直後に前記スイッチングレギュレータの電圧出力を停止させると共にシリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力するように作動させ、該シリーズレギュレータ部から出力された電圧が前記所定の電圧になると、前記スイッチングレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させると共に前記シリーズレギュレータ部からの電圧出力を停止させるものである。
【０００９】
具体的には、前記制御回路部は、電源投入直後に、スイッチングレギュレータ部に対して前記出力端子ＯＵＴへの電圧出力を停止させると共に、シリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させるようにシリーズレギュレータ部に対して設定電圧を設定して作動させ、電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させ、該スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるようにした。
【００１０】
また、前記制御回路部は、電源投入から所定時間Ｔ１が経過すると、前記スイッチングレギュレータ部を作動させるようにした。
【００１１】
この場合、前記所定時間Ｔ１は、電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上である。
【００１２】
また、前記制御回路部は、シリーズレギュレータ部の出力電圧をモニタし、該出力電圧が前記所定の電圧以上になると、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させるようにしてもよい。
【００１３】
また、前記制御回路部は、スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させてから所定時間Ｔ２が経過すると、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるようにした。
【００１４】
この場合、前記所定時間Ｔ２は、スイッチングレギュレータ部が電圧出力を開始してから該スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上である。
【００１５】
また、前記制御回路部は、出力端子ＯＵＴに接続された負荷の動作制御を行い、電源投入から、前記シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるまでの間、該負荷に対して、通常動作よりも消費電流が小さくなる軽負荷状態になるように制御するようにしてもよい。
【００１６】
また、前記制御回路部は、シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えると、前記負荷に対して、通常の消費電流で動作する通常状態になるように制御するようにした。
【００１７】
一方、前記シリーズレギュレータ部は、
入力された制御信号に応じた電流を前記入力端子ＩＮから出力端子ＯＵＴに出力する電圧制御トランジスタと、
設定された電圧の基準電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力する第１の基準電圧発生回路部と、
前記出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、該検出した出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧Ｖｄ２を生成して出力する第１の出力電圧検出回路部と、
前記比例電圧Ｖｄ２が前記基準電圧ＤＡｏｕｔになるように前記電圧制御トランジスタの動作制御を行う電圧制御トランジスタ制御回路部と、
を備え、
前記第１の基準電圧発生回路部は、制御回路部からの制御信号Ｓｃ２に応じた電圧の基準電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力するようにした。
【００１８】
この場合、前記第１の基準電圧発生回路部は、入力されたデジタルデータに応じた電圧の基準電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力するＤ／Ａコンバータを備え、前記制御回路部は、該Ｄ／Ａコンバータに出力する制御信号Ｓｃ２が示すデジタルデータを変えて、Ｄ／Ａコンバータから出力される基準電圧ＤＡｏｕｔの電圧値を制御するようにした。
【００１９】
また、前記シリーズレギュレータ部は、
入力された制御信号に応じた電流を前記入力端子ＩＮから出力端子ＯＵＴに出力する電圧制御トランジスタと、
所定の基準電圧Ｖｒ２を生成して出力する第１の基準電圧発生回路部と、
前記出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、該検出した出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧Ｖｄ２を生成して出力する第１の出力電圧検出回路部と、
前記比例電圧Ｖｄ２が前記基準電圧Ｖｒ２になるように前記電圧制御トランジスタの動作制御を行う電圧制御トランジスタ制御回路部と、
を備え、
前記第１の出力電圧検出回路部は、制御回路部からの制御信号に応じた分圧比で出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して前記比例電圧Ｖｄ２を生成するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記スイッチングレギュレータ部は、
入力された制御信号に応じてスイッチングを行い、前記入力電圧Ｖｉｎの出力制御を行うスイッチングトランジスタ回路部と、
所定の基準電圧Ｖｒ１を生成して出力する第２の基準電圧発生回路部と、
前記出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、該検出した出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧Ｖｄ１を生成して出力する第２の出力電圧検出回路部と、
前記比例電圧Ｖｄ１が前記基準電圧Ｖｒ１になるように前記スイッチングトランジスタ回路部のスイッチング制御を行うスイッチング制御回路部と、
前記スイッチングトランジスタ回路部の出力信号を平滑して前記出力端子ＯＵＴに出力する平滑回路部と、
を備え、
前記シリーズレギュレータ部、制御回路部、並びにスイッチングレギュレータ部におけるスイッチングトランジスタ回路部、第２の出力電圧検出回路部及びスイッチング制御回路部は１つのＩＣに集積されるようにした。
【００２１】
また、この発明に係る電源回路の出力電圧立ち上げ方法は、入力電圧Ｖｉｎを所定の電圧に変換して出力電圧Ｖｏｕｔを生成し出力端子ＯＵＴから出力する電源回路であって、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された前記所定の電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するスイッチングレギュレータ部と、
前記入力電圧Ｖｉｎを、設定された電圧に変換して前記出力端子ＯＵＴに出力するシリーズレギュレータ部と、
を備える電源回路の出力電圧立ち上げ方法において、
電源投入直後に前記スイッチングレギュレータの電圧出力を停止させると共にシリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力するように作動させ、
該シリーズレギュレータ部から出力された電圧が前記所定の電圧になると、前記スイッチングレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させると共に前記シリーズレギュレータ部からの電圧出力を停止させるようにした。
【００２２】
具体的には、電源投入直後に、前記スイッチングレギュレータ部に対して前記出力端子ＯＵＴへの電圧出力を停止させ、
同時に、前記シリーズレギュレータ部から前記所定の電圧を出力させるようにシリーズレギュレータ部に対して設定電圧を設定して作動させ、
電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させ、
前記スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達した後、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるようにした。
【００２３】
また、電源投入から所定時間Ｔ１が経過すると、前記スイッチングレギュレータ部を作動させるようにした。
【００２４】
具体的には、前記所定時間Ｔ１は、電源投入から前記シリーズレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上である。
【００２５】
また、シリーズレギュレータ部の出力電圧をモニタし、該出力電圧が前記所定の電圧以上になると、前記スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させるようにしてもよい。
【００２６】
また、スイッチングレギュレータ部の電圧出力を開始させてから所定時間Ｔ２が経過すると、前記シリーズレギュレータ部に対して、前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるようにした。
【００２７】
この場合、前記所定時間Ｔ２は、スイッチングレギュレータ部が電圧出力を開始してから該スイッチングレギュレータ部の出力電圧が前記所定の電圧に到達するまでの時間以上である。
【００２８】
また、出力端子ＯＵＴに接続された負荷の動作制御を行い、電源投入から、前記シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えるまでの間、該負荷に対して、通常動作よりも消費電流が小さくなる軽負荷状態になるように制御するようにしてもよい。
【００２９】
また、シリーズレギュレータ部に対して前記所定の電圧よりも小さい電圧を出力するように設定電圧を変えると、前記負荷に対して、通常の消費電流で動作する通常状態になるように制御するようにした。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電源投入直後は、出力電圧の立ち上がり時間が短いシリーズレギュレータで電源回路の出力電圧を所定の電圧にし、その後スイッチングレギュレータの電圧出力を開始させるため、オーバーシュートがなく、しかも出力電圧の立ち上がり時間を短縮させることができる。
【００３１】
また、電源投入直後、負荷に対して軽負荷状態になるように制御することによって、より短い時間で出力電圧を立ち上げることができる。
【００３２】
更に、スイッチングレギュレータの出力電圧が完全に立ち上がった後、負荷に対して軽負荷状態から通常状態に切り換えるようにしたため、シリーズレギュレータの出力電流容量を軽負荷状態の負荷電流に設定することができるため、シリーズレギュレータの回路が半導体装置に占める回路面積を小さくすることができる。
【００３３】
また、スイッチングレギュレータの出力電圧が立ち上がった後、シリーズレギュレータの設定電圧をスリープモード時に回路が作動可能な最低電圧に設定することにより、スイッチングレギュレータの電圧出力を禁止するだけで、シリーズレギュレータが自動的に再起動し、スリープモードの回路に電源を供給することができるので、スリープモードに移行する制御が簡単になると共にスリープモード時の電源効率も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における電源回路の構成例を示した図であり、図２は、図１の各部の信号の波形例を示したタイミングチャートである。
図１において、電源回路１は、スイッチングレギュレータ２、シリーズレギュレータ３及び制御回路４で構成されており、スイッチングレギュレータ２及びシリーズレギュレータ３は、出力端子ＯＵＴに接続された負荷１０にそれぞれ電源供給を行う。制御回路４は、入力電圧Ｖｉｎをモニタして、スイッチングレギュレータ２、シリーズレギュレータ３及び負荷１０の状態をそれぞれ制御する。
【００３５】
スイッチングレギュレータ２の出力端ＯＵＴ１とシリーズレギュレータ３の出力端ＯＵＴ２は共に電源回路１の出力端子ＯＵＴにそれぞれ接続されている。なお、以下の動作説明の中で、スイッチングレギュレータ２の出力端ＯＵＴ１と、シリーズレギュレータ３の出力端ＯＵＴ２の電圧変化について記述する部分で、各レギュレータの動作を分かりやすく表現するため、便宜上スイッチングレギュレータ２の出力端ＯＵＴ１と、シリーズレギュレータ３の出力端ＯＵＴ２が、それぞれ接続されていないと仮定して、電圧変化を説明している場合がある。その場合は、各レギュレータの出力端の電圧は実際の電圧とは異なる場合があり、図２の一点鎖線で示している部分がそうで、実際の電圧は出力電圧Ｖｏｕｔと同じである。
【００３６】
スイッチングレギュレータ２は、入力電圧Ｖｉｎの出力制御を行うＰＭＯＳトランジスタからなるスイッチングトランジスタＭ１と、ＮＭＯＳトランジスタからなる同期整流用トランジスタＭ２と、エネルギー変換用のインダクタＬ１及びコンデンサＣ１と、出力端子ＯＵＴから出力される電圧Ｖｏｕｔを分圧して分圧電圧Ｖｄ１を生成して出力する出力電圧検出用の抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備えている。
【００３７】
また、スイッチングレギュレータ２は、所定の基準電圧Ｖｒ１を生成して出力する基準電圧発生回路１１と、前記分圧電圧Ｖｄ１と該基準電圧Ｖｒ１との電圧比較を行い、該比較結果に応じた電圧を出力するコンパレータＣＭＰ１と、該コンパレータＣＭＰ１の出力電圧に応じてスイッチングトランジスタＭ１及び同期生流用トランジスタＭ２に対してＰＷＭ制御を行ってスイッチングトランジスタＭ１及び同期生流用トランジスタＭ２のスイッチング制御を行うＰＷＭ制御回路１２とを備えている。
【００３８】
入力電圧Ｖｉｎが入力される入力端子ＩＮと接地電圧ＧＮＤとの間には、スイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２が直列に接続され、スイッチングトランジスタＭ１と同期整流用トランジスタＭ２との接続部と出力端子ＯＵＴとの間には、インダクタＬ１が接続されている。出力端子ＯＵＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、抵抗Ｒ１及びＲ２の直列回路と、コンデンサＣ１とが並列に接続され、抵抗Ｒ１及びＲ２は、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧した分圧電圧Ｖｄ１を生成してコンパレータＣＭＰ１の反転入力端に出力する。ＰＷＭ制御回路１２は、制御回路４からのＰＷＭ制御信号Ｓｃ１に応じて作動し、出力端子ＯＵＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、負荷１０が接続されている。
【００３９】
一方、シリーズレギュレータ３は、出力端子ＯＵＴへ出力する電流を制御して出力電圧Ｖｏｕｔを所定の電圧になるように制御するＰＭＯＳトランジスタからなる電圧制御トランジスタＭ３と、出力端子ＯＵＴから出力される電圧Ｖｏｕｔを分圧して分圧電圧Ｖｄ２を生成して出力する出力電圧検出用の抵抗Ｒ３，Ｒ４とを備えている。更に、シリーズレギュレータ３は、入力されたデジタルコードに応じた電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力するＤ／ＡコンバータＤＡＣと、前記分圧電圧Ｖｄ２と電圧ＤＡｏｕｔとの電圧差に応じて電圧制御トランジスタＭ３の動作制御を行う演算増幅回路ＡＭＰ１とを備えている。
【００４０】
なお、スイッチングレギュレータ２はスイッチングレギュレータ部を、シリーズレギュレータ３はシリーズレギュレータ部を、制御回路４は制御回路部をそれぞれなす。また、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣは第１の基準電圧発生回路部を、抵抗Ｒ３及びＲ４は第１の出力電圧検出回路部を、演算増幅回路ＡＭＰ１は電圧制御トランジスタ制御回路部をそれぞれなす。更に、スイッチングトランジスタＭ１及び同期整流用トランジスタＭ２はスイッチングトランジスタ回路部を、基準電圧発生回路１１は第２の基準電圧発生回路部を、コンパレータＣＭＰ１及びＰＷＭ制御回路１２はスイッチング制御回路部を、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１は平滑回路部をそれぞれなす。
【００４１】
入力端子ＩＮと接地電圧ＧＮＤとの間には、電圧制御トランジスタＭ３、抵抗Ｒ３及びＲ４が直列に接続され、電圧制御トランジスタＭ３と抵抗Ｒ３との接続部は出力端子ＯＵＴに接続されている。演算増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端には電圧ＤＡｏｕｔが、演算増幅回路ＡＭＰ１の非反転入力端には分圧電圧Ｖｄ２がそれぞれ入力され、演算増幅回路ＡＭＰ１の出力端は電圧制御トランジスタＭ３のゲートに接続されている。Ｄ／ＡコンバータＤＡＣは、制御回路４からのＤＡＣ制御信号Ｓｃ２に応じた電圧ＤＡｏｕｔを生成して出力する。
【００４２】
シリーズレギュレータ３は、負荷電流ｉｏが大きい場合は電圧制御トランジスタＭ３で消費する電力が大きいため効率は低いが、出力電圧Ｖｏｕｔのリプルが少なく作動時のノイズも小さく、しかも内部で消費する電力を小さくすることができるため、負荷電流ｉｏが小さい場合は、スイッチングレギュレータ２よりも高効率が得られる場合がある。更に、シリーズレギュレータ３は、出力電圧の立ち上がり時間が短く、入力電圧Ｖｉｎの変動や負荷１０の変動に対する応答を速くすることも容易で、しかも出力電圧の安定度が高いという利点を備えている。
【００４３】
このような構成において、電源が投入され、入力電圧Ｖｉｎが所定値、例えば図２では２.９Ｖに達すると、制御回路４は、ＰＷＭ制御信号Ｓｃ１をＰＷＭ制御回路１２に出力し、スイッチングトランジスタＭ１と同期整流用トランジスタＭ２を共にオフにさせて、スイッチングレギュレータ２の動作を停止させる。同時に、制御回路４は、ＤＡＣ制御信号Ｓｃ２をシリーズレギュレータ３のＤ／ＡコンバータＤＡＣに出力し、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣの出力電圧ＤＡｏｕｔを設定電圧Ｖ１に設定する。
【００４４】
電源回路１の出力電圧Ｖｏｕｔは、シリーズレギュレータ３の制御により所定の電圧、例えば図２では１.５Ｖまで上昇する。入力電圧Ｖｉｎが２.９Ｖに達してから、シリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが１.５Ｖに確実に達するまでの時間をＴ１とする。時間Ｔ１が経過すると、制御回路４はＰＷＭ制御回路１２を作動させるようにＰＷＭ制御信号Ｓｃ１を出力する。このため、スイッチングレギュレータ２が作動し、スイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔが所定の電圧である１.５Ｖまで上昇する。スイッチングレギュレータ２が作動を開始してから、スイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔが１.５Ｖに確実になるまでの時間をＴ２とする。
【００４５】
このように、出力電圧の立ち上がり時間が短いシリーズレギュレータ３を先に作動させて、電源回路１の出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧になってから、スイッチングレギュレータ２を作動させるようにした。このため、オーバーシュートノイズが発生することなく、短時間でスイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔを立ち上げることができる。更に、このように２段階に分けて出力電圧Ｖｏｕｔを立ち上げても、従来のソフトスタートに比べて数分の１の時間で出力電圧Ｖｏｕｔを立ち上げることができる。
【００４６】
また、スイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔが所定の電圧に達するまでは、制御回路４は、負荷制御信号Ｓｃ３によって負荷１０の動作モードを制御し、スリープモードのような極めて負荷電流ｉｏが小さくなるようにしておくことで、シリーズレギュレータ３の出力電圧の立ち上がり時間を更に短くすることができる。なお、時間Ｔ２の間では、シリーズレギュレータ３の出力端ＯＵＴ２から電圧が出力されているため、スイッチングレギュレータ２の同期整流用トランジスタＭ２による貫通電流の発生を避けるため、ＰＷＭ制御回路１２は、制御信号Ｎｏｕｔをローレベルにして同期整流用トランジスタＭ２をオフさせる。
【００４７】
時間Ｔ２が経過すると、制御回路４は、ＤＡＣ制御信号Ｓｃ２をＤ／ＡコンバータＤＡＣに出力し、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣの出力電圧ＤＡｏｕｔを設定電圧Ｖ１よりも小さい設定電圧Ｖ２に設定する。このことから、演算増幅回路ＡＭＰ１は電圧制御トランジスタＭ３を制御してシリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔを低下させようとするが、出力電圧ＶＲｏｕｔは、スイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔで固定されているため下がらない。その結果、基準電圧である設定電圧Ｖ２と比較して演算増幅回路ＡＭＰ１の非反転入力端の電圧が大きくなり、演算増幅回路ＡＭＰ１の出力端はハイレベルになることから、電圧制御トランジスタＭ３はオフする。このため、特に制御信号を印加して電圧制御トランジスタＭ３をオフさせる必要がない。
【００４８】
制御回路４がＤＡＣ制御信号Ｓｃ２をＤ／ＡコンバータＤＡＣに出力して、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣの出力電圧ＤＡｏｕｔを設定電圧Ｖ２に設定してから、電圧制御トランジスタＭ３がオフするまでの時間をＴ３とする。また、時間Ｔ３の間に、スイッチングレギュレータ２の動作を、非同期制御方式から同期制御方式に切り換えることにより、より電源効率を高めるようにしている。
【００４９】
制御回路４が、負荷１０を消費電流の小さい軽負荷から通常の消費電流で動作する重負荷に切り換えるように負荷制御信号Ｓｃ３を出力する動作を、スイッチングレギュレータ２が完全に立ち上がった時間Ｔ２経過後に行うことで、シリーズレギュレータ３の出力電流容量を軽くすることができる。更に、シリーズレギュレータ３の基準電圧ＤＡｏｕｔを設定電圧Ｖ２に低下させた後に、負荷１０を重負荷に切り換えるようにすれば、シリーズレギュレータ３の出力電流容量は軽負荷に合わせた小さな電流容量にすることができる。このため、シリーズレギュレータ３を半導体装置に集積する際の回路面積を小さくすることができる。
【００５０】
また、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣの出力電圧ＤＡｏｕｔの設定電圧Ｖ２は、シリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが、前述したようにスイッチングレギュレータ２が作動しているときは電圧制御トランジスタＭ３が完全にオフになり、しかも、軽負荷時における回路を作動可能な最低電圧になるように設定、例えば図２では１.３Ｖに設定するのがよい。このようにすることで、機器がスリープモードに入った場合、スイッチングレギュレータ２の電圧出力を禁止するだけで、自動的にシリーズレギュレータ３が作動を再開し、軽負荷時に必要な電圧である１.３Ｖを出力することができ、しかも軽負荷であるので、スイッチングレギュレータ２を使用しているときよりも電源効率を上げることができる。
【００５１】
次に、図３は、本発明の第１の実施の形態における電源回路の他の構成例を示した図である。なお、図３では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図１との相違点のみ説明する。
図３における図１との相違点は、図１の制御回路４にシリーズレギュレータ３の分圧電圧Ｖｄ２を入力したことにある。この場合、電源回路１の立ち上がり時間を短くするために、図１の場合のように所定の時間Ｔ１待つのではなく、シリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが所定の電圧に到達したら直ちにスイッチングレギュレータ２を作動するようにして、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり時間を短くすることができる。
【００５２】
一方、図１及び図３ではシリーズレギュレータ３にＤ／ＡコンバータＤＡＣを備え、Ｄ／ＡコンバータＤＡＣは、制御回路４からのＤＡＣ制御信号Ｓｃ２に応じた電圧ＤＡｏｕｔを出力し、演算増幅回路ＡＭＰ１は、分圧電圧Ｖｄ２がＤ／ＡコンバータＤＡＣの出力電圧ＤＡｏｕｔになるように電圧制御トランジスタＭ３の動作を制御するようにした。これに対して、図４で示すように、シリーズレギュレータ３に所定の基準電圧Ｖｒ２を生成して出力する基準電圧発生回路２１を設け、演算増幅回路ＡＭＰ１は、分圧電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｒ２になるように電圧制御トランジスタＭ３の動作を制御するようにしてもよい。なお、図４では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。また、図４では、図１と異なる部分であるシリーズレギュレータ３の回路例を示し、スイッチングレギュレータ２は図１と同様であるので省略している。
【００５３】
図４において、シリーズレギュレータ３は、電圧制御トランジスタＭ３と、出力電圧検出用の抵抗Ｒ３〜Ｒ５と、所定の基準電圧Ｖｒ２を生成して出力する基準電圧発生回路２１と、前記分圧電圧Ｖｄ２及び基準電圧Ｖｒ２の電圧差に応じて電圧制御トランジスタＭ３の動作制御を行う演算増幅回路ＡＭＰ１と、スイッチＳＷ２とを備えている。なお、基準電圧発生回路２１は第１の基準電圧発生回路部を、抵抗Ｒ３〜Ｒ５及びスイッチＳＷ２は第１の出力電圧検出回路部をそれぞれなす。
抵抗Ｒ５とスイッチＳＷ２が直列に接続され、該直列回路は抵抗Ｒ３に並列に接続され、スイッチＳＷ２は、制御回路４によってスイッチング制御される。演算増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端には基準電圧発生回路２１からの基準電圧Ｖｒ２が入力されている。
【００５４】
このような構成において、演算増幅回路ＡＭＰ１の反転入力端に入力される電圧を変える代わりに、分圧電圧Ｖｄ２を変えるようにする。時間Ｔ２が経過した後、制御回路４はスイッチＳＷ２をオフからオンに切り換え、抵抗Ｒ５が抵抗Ｒ３に並列に接続される。このため、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の交点の電圧である分圧電圧Ｖｄ２が上昇し、その結果、演算増幅回路ＡＭＰ１の出力端はハイレベルとなり、電圧制御トランジスタＭ３を制御して出力電圧ＶＲｏｕｔを低下させる。言うまでもなく、演算増幅回路ＡＭＰ１は、スイッチングレギュレータ２が作動している場合は、出力電圧ＶＲｏｕｔは低下しないので、このときは電圧制御トランジスタＭ３をオフにする。
【００５５】
このように、本第１の実施の形態における電源回路は、電源投入直後は、スイッチングレギュレータ２の電圧出力を禁止してシリーズレギュレータ３のみを作動させ、シリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが前記所定の電圧に到達するまでの時間Ｔ１以上経過した後、又はシリーズレギュレータ３の出力電圧ＶＲｏｕｔが前記所定の電圧に到達した後、スイッチングレギュレータ２の電圧出力を開始させ、スイッチングレギュレータ２が電圧出力を開始してから、スイッチングレギュレータ２の出力電圧ＤＣｏｕｔが前記所定の電圧に到達するまでの時間Ｔ２以上経過した後、シリーズレギュレータ３の出力電圧設定値を前記所定の電圧よりも低くなるように変更するようにした。このことから、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり時間を短縮することができると共に、出力電圧Ｖｏｕｔのオーバーシュートノイズを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電源回路の構成例を示した図である。
【図２】図１の各部の信号の波形例を示したタイミングチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電源回路の他の構成例を示した図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における電源回路の他の構成例を示した図である。
【図５】スイッチングレギュレータの従来例を示した回路図である。
【図６】電源投入時における図５の各部の波形例を示した図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  電源回路
２  スイッチングレギュレータ
３  シリーズレギュレータ
４  制御回路
１０  負荷
１１，２１  基準電圧発生回路
１２  ＰＷＭ制御回路
Ｍ１  スイッチングトランジスタ
Ｍ２  同期整流用トランジスタ
ＣＭＰ１  コンパレータ
Ｌ１  インダクタ
Ｃ１  コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ５  抵抗
ＤＡＣ  Ｄ／Ａコンバータ
ＡＭＰ１  演算増幅回路
Ｍ３  電圧制御トランジスタ
ＳＷ２  スイッチ
【図１】
2005168170.tif 000003
【図２】
2005168170.tif 000004
【図３】
2005168170.tif 000005
【図４】
2005168170.tif 000006
【図５】
2005168170.tif 000007
【図６】
2005168170.tif 000008